DNA芯片技术 谢思豪15302010030 简介及原理 DNA芯片技术,实际上就是一种大规模集成的固相杂交,是指在固相支持物上原位合 成( n situ synthesis)寡核苷酸或者直接将大量预先制备的DNA探针以显微打印的方式有序 地固化于支持物表面 后与标记的样品杂交。通过对杂交信号的检测分析,得出样品的遗传信息(基因序列及表达 待测DNA 杂 的信息)。 由于 常用计算机硅芯片作为固相支持物,所以称为DNA芯片。根据芯片的制备方式可以将其分 为两大类:原位合成芯片和DNA微集阵列( DNA microarray)。芯片上固定的探针除了DNA, 也可以是cDNA、寡核苷酸或来自基因组的基因片段,且这些探针固化于芯片上形成基因探 针阵列。因此,DNA芯片又被称为基因芯片、cDNA芯片、寡核苷酸阵列等 DNA芯片属于生物芯片的一种。而生物芯片技术的原理即通过缩微技术,根据分子间 特异性地相互作用的原理,将生命科学领域中不连续的分析过程集成于硅芯片或玻璃芯片表 面的微型生物化学分析系统,以实现对细胞、蛋白质、基因及其它生物组分的准确、快速 大信息量的检测。 二应用 人类疾病都直接或间接地与基因有关。也就是说,基因突变是大多数疾病的主要病因 因此,人们可以在基因水平上对大多数疾病做出诊断。利用DNA芯片技术,不仅可以在 DNA水平上检测与疾病相关的内源基因和外源基因的存在、结构变异及基因多态性,而且 可以在RNA水平上检测致病基因的表达异常 (1)内源基因的检测
DNA 芯片技术 谢思豪 15302010030 一.简介及原理 DNA 芯片技术，实际上就是一种大规模集成的固相杂交，是指在固相支持物上原位合 成(in situ synthesis)寡核苷酸或者直接将大量预先制备的 DNA 探针以显微打印的方式有序 地固化于支持物表面， 然 后与标记的样品杂交。通过对杂交信号的检测分析，得出样品的遗传信息(基因序列及表达 的信息)。 由于 常用计算机硅芯片作为固相支持物，所以称为 DNA 芯片。根据芯片的制备方式可以将其分 为两大类：原位合成芯片和 DNA 微集阵列(DNA microarray)。芯片上固定的探针除了 DNA， 也可以是 cDNA、寡核苷酸或来自基因组的基因片段，且这些探针固化于芯片上形成基因探 针阵列。因此，DNA 芯片又被称为基因芯片、 cDNA 芯片、寡核苷酸阵列等。 DNA 芯片属于生物芯片的一种。而生物芯片技术的原理即通过缩微技术，根据分子间 特异性地相互作用的原理，将生命科学领域中不连续的分析过程集成于硅芯片或玻璃芯片表 面的微型生物化学分析系统，以实现对细胞、蛋白质、基因及其它生物组分的准确、快速、 大信息量的检测。 二.应用 人类疾病都直接或间接地与基因有关。也就是说，基因突变是大多数疾病的主要病因。 因此，人们可以在基因水平上对大多数疾病做出诊断。利用 DNA 芯片技术，不仅可以在 DNA 水平上检测与疾病相关的内源基因和外源基因的存在、结构变异及基因多态性，而且 可以在 RNA 水平上检测致病基因的表达异常。 （1） 内源基因的检测
肿瘤的形成是遗传因素与环境因素相互作用的结果。与肿瘤相关的基因包 括癌基因、抑癌基因及DNA错配修复基因等。当癌基因、抑癌基因发生突变时 癌基因活化,抑癌基因失活,以及其它基因异常不断积累,导致肿瘤发生发展 因此,检测癌基因、抑癌基因中发生的基因突变有助于肿瘤的早期诊断。除此 之外,遗传病是由遗传物质的异常或缺失所致,利用DNA芯片技术直接检测致 病基因的突变或进行多态性分析,从而对遗传病进行分子水平的诊断 (2)外源基因的检测 感染性疾病是由于病原微生物侵入机体而引起。目前已经获得一些生物的 全部基因序列。因此,将一种或几种病原微生物的全部或部分特异的保守序列 集成在一块芯片上,可快速、简便地检测出病原体,从而对疾病做出诊断及鉴 别诊断。 (3)致病基因的表达检测 某些疾病的发生,并非其基因结构发生了改变,只是在基因表达与调控水 平上出现了变化。因此在RNA水平上对致病基因的表达情况进行检测,这是疾 病诊断的另一种方式。DNA芯片技术可以平行检测大量mRNA的种类及丰度, 从而在RNA诊断上具有很大的优越性 三优缺点 DNA芯片技术不但应用广泛,而且具有许多优点。作为新一代基因诊断技术,DNA芯 片的突出特点在于快速、高效、敏感、经济,平行化、自动化等,与传统基因诊断技术相比 DNA芯片技术具有明显的优势:①基因诊断的速度显著加快,一般可于30mn内完成。若 采用控制电场的方式,杂交时间可缩至1min甚至数秒钟。②检测效率高,每次可同时检测 成百上千个基因序列,使检测过程平行化。③基因诊断的成本降低。④芯片的自动化程度显 著提高,通过显微加工技术,将核酸样品的分离、扩增、标记及杂交检测等过程显微安排在 同一块芯片内部,构建成缩微芯片实验室。⑤因为是全封闭,避免了交叉感染;且通过控制 分子杂交的严谨度,使基因诊断的假阳性率、假阴性率显著降低。当然,这项技术目前也还 面临着一些挑战,比如如何快速对获取到的如此巨大的信息进行分析解读;如何解决不能对 待检测基因在多细胞类型组织中的精确定位进行判断等问题。相信随着研究的深入与科技的 进步,这些问题终将迎刃而解,使生物技术更好的为人类的健康服务
肿瘤的形成是遗传因素与环境因素相互作用的结果。与肿瘤相关的基因包 括癌基因、抑癌基因及 DNA 错配修复基因等。当癌基因、抑癌基因发生突变时， 癌基因活化，抑癌基因失活，以及其它基因异常不断积累，导致肿瘤发生发展。 因此，检测癌基因、抑癌基因中发生的基因突变有助于肿瘤的早期诊断。除此 之外，遗传病是由遗传物质的异常或缺失所致，利用 DNA 芯片技术直接检测致 病基因的突变或进行多态性分析，从而对遗传病进行分子水平的诊断。 （2） 外源基因的检测 感染性疾病是由于病原微生物侵入机体而引起。目前已经获得一些生物的 全部基因序列。因此，将一种或几种病原微生物的全部或部分特异的保守序列 集成在一块芯片上，可快速、简便地检测出病原体，从而对疾病做出诊断及鉴 别诊断。 （3） 致病基因的表达检测 某些疾病的发生，并非其基因结构发生了改变，只是在基因表达与调控水 平上出现了变化。因此在 RNA 水平上对致病基因的表达情况进行检测，这是疾 病诊断的另一种方式。DNA 芯片技术可以平行检测大量 mRNA 的种类及丰度， 从而在 RNA 诊断上具有很大的优越性。 三.优缺点 DNA 芯片技术不但应用广泛，而且具有许多优点。作为新一代基因诊断技术，DNA 芯 片的突出特点在于快速、高效、敏感、经济，平行化、自动化等，与传统基因诊断技术相比， DNA 芯片技术具有明显的优势：①基因诊断的速度显著加快，一般可于 30 min 内完成。若 采用控制电场的方式，杂交时间可缩至 1 min 甚至数秒钟。②检测效率高，每次可同时检测 成百上千个基因序列，使检测过程平行化。③基因诊断的成本降低。④芯片的自动化程度显 著提高，通过显微加工技术，将核酸样品的分离、扩增、标记及杂交检测等过程显微安排在 同一块芯片内部，构建成缩微芯片实验室。⑤因为是全封闭，避免了交叉感染；且通过控制 分子杂交的严谨度，使基因诊断的假阳性率、假阴性率显著降低。当然，这项技术目前也还 面临着一些挑战，比如如何快速对获取到的如此巨大的信息进行分析解读；如何解决不能对 待检测基因在多细胞类型组织中的精确定位进行判断等问题。相信随着研究的深入与科技的 进步，这些问题终将迎刃而解，使生物技术更好的为人类的健康服务